ハイテク業界のリーダーは、米国が高度なチップでリードする方法を見ています

Evan Sutherland が、グラフィックスとインタラクティブ コンピューティングの未来を予測するソフトウェア システム、Sketchpad を作成してから 60 年が経ちました。 1970 年代、彼はコンピューター業界を結集して、今日の半導体産業の基礎となった何十万もの回路を備えた新しいタイプのマイクロチップを構築する役割を果たしました。

現在、84 歳の Sutherland 博士は、米国が最も先進的なコンピューターの構築でリードを取り戻すことを可能にする代替のチップ製造技術を検討する重要な時期に失敗していると考えています。

電気抵抗なしで動作し、その結果、高速で過度の熱を発生しない過冷却電子回路に依存することで、コンピューター設計者は、より高速なマシンに対する最大の技術的障壁を回避できると彼は主張します。

「デジタル超電導回路の最高の機会をつかむ国は、今後数十年にわたってコンピューティングの覇権を享受するだろう」と彼と同僚は最近、技術者と政府関係者の間で回覧された記事に書いた.

博士.. サザーランド アイデア 数十年前、今日のコンピュータ チップ製造への支配的なアプローチを確立するのに役立ったという理由もあります。

1970 年代、カリフォルニア工科大学のコンピューター サイエンス部門の主任だった Sutherland 博士と、Palo Alto Research Center と呼ばれる Xerox の一部門の研究責任者だった弟の Bert Sutherland は、コンピューター科学者の Lane を紹介しました。 物理学者のカーバー・ミードにコンウェイ。

彼らは、米国で発明された金属酸化物半導体 (CMOS) として知られるトランジスタの一種に基づいて設計を作成しました。 これにより、パーソナル コンピューター、ビデオ ゲーム、およびさまざまな商用、消費者、および軍用製品で使用されるマイクロチップの製造が可能になりました。

現在、Sutherland 博士は、CMOS に先立つ代替技術は多くの失敗がありましたが、再検討する必要があると主張しています。 超伝導エレクトロニクスは 1950 年代に MIT で開発され、1970 年代に IBM が続き、その後ほとんど放棄されました。 ある時点で、彼女は米国に戻る前に奇妙な国際的な回り道さえしました。

1987 年、ソ連最後の指導者ミハイル・ゴルバチョフは、ロシアの新聞 Pravda で、日本のマイクロエレクトロニクスの巨人である富士通による低温コンピューティングの驚くべき進歩についての記事を読みました。

ゴルバチョフ氏は魅了されました。 彼が知りたかったのは、これがソビエト連邦が優位に立つことができる分野ではなかったのでしょうか? ソビエト政治局に 5 分間のブリーフィングを行う任務は、最終的に、モスクワ州立大学の物理学の若い准教授であるコンスタンチン リハレフに委ねられました。

この記事を読んだリチャレフ博士は、プラウダの記者がプレス リリースを読み間違えたことに気付き、富士通の超伝導メモリ チップは実際よりも 5 倍高速であると主張しました。

リカレフ博士がエラーを説明しました、しかし、この分野はまだ有望であることに注意してください。

これにより一連の出来事が起こり、リシャレフ博士の小さな研究室は研究を支援するために数百万ドルを与えられ、彼は小さな研究者チームを構築し、最終的にベルリンの壁の崩壊後に米国に移住することができました. Licharev 博士は、ニューヨークのストーニーブルック大学で物理学の職に就き、その開始を支援しました。 ハイパーアイス、まだ存在するデジタル超電導企業。

たぶん、話はそこで終わります。 しかし、最新のチップを製造するためのコストが法外に高いため、とらえどころのない技術が再び注目を集めているようです。 新しい半導体工場の費用は 100 億ドルから 200 億ドルで、完成までに最大 5 年かかります。

Sutherland 博士は、効率を低下させる高価な技術を推進するよりも、米国は既成概念にとらわれずに考えることができる世代の若いエンジニアを訓練することを検討すべきであると主張しています。

スイッチとワイヤの電気抵抗がゼロになる超伝導体に基づくコンピューティング システムは、世界のデータ センターをますます悩ませている冷却の課題を解決する可能性があります。

CMOS チップ業界は、台湾と韓国の企業が支配しています。 米国は現在、自国のチップ産業を再建し、世界的な優位性を回復するために、1 兆ドル近くの民間および公的資金を費やすことを計画しています。

Sutherland 博士に加えて、CMOS 製造が根本的な限界に達しており、進歩のコストが耐え難いものになっていると考える業界の他の人々もいます。

大規模なコンピューティング能力要件を専門とするジョナサン コミーは、次のように述べています。

トランジスタが数百または数千個の原子のサイズにまで縮小されるにつれて、半導体業界はますますさまざまな技術的課題にさらされるようになっています。

最新のマイクロプロセッサ チップは、エンジニアが「ダーク シリコン」と呼ぶものにも悩まされています。 最新のマイクロプロセッサ チップに搭載されている数十億個のトランジスタを一度に使用すると、発生した熱でチップが溶けてしまいます。 したがって、最新のチップのセクション全体がシャットダウンされ、一度に一部のトランジスタのみがオンになるため、効率が大幅に低下します。

Sutherland 博士は、米国は国家安全保障上の理由から代替技術を検討すべきであると述べた。 彼は、超電導コンピューティング技術の利点は、最初はセルラー基地局 (無線信号を処理する携帯電話タワー内の専用コンピューター) の非常に競争の激しい市場で役立つ可能性があると示唆しました。 彼は、中国は現在の 5G 技術の市場で支配的な勢力になっているが、次世代の第 6 世代チップは超伝導プロセッサの高速化と劇的に低い電力要件の恩恵を受けるだろうと述べた。

他の業界幹部も同意見だ。 「電力の問題が大きな問題だというエヴァンの言うことは正しい」と、電気技師であり、アルファベットの社長であり、スタンフォードの元社長であるジョン L. ヘネシーは述べた。 彼は、この問題を解決する方法は 2 つしかないと述べました。新しい設計で効率を上げるか、既存のルールに縛られない新しい技術を作成することです。

そのような機会の 1 つは、人間の脳を模倣した新しいコンピューター設計を設計することかもしれません。これは、低電力コンピューティング効率の驚異です。 以前はニューラル コンピューティングとして知られていた分野での人工知能研究では、従来のシリコン製造が使用されてきました。

「超伝導技術を使って人間の脳に相当するものを作る可能性は本当にある」と、超伝導会社Hypresの最高技術責任者であるイーライ・トラックは述べた。 まだ初期の実験段階にある量子コンピューティング技術と比較して、「これは今できることですが、残念ながら資金提供機関はそれに興味を持っていませんでした」と彼は言います。

おそらく、超伝導コンピューティングの時代はまだ到来していません。その理由の 1 つは、CMOS の世界が最後のハードルに突き当たりそうになるたびに、巧妙なエンジニアリングがそれを克服してきたからです。

2019 年、マサチューセッツ工科大学の Max Schulaker 率いる研究者チームは、 カーボンナノチューブのマイクロプロセッサ 現在のシリコン チップの 10 倍のエネルギー効率を約束しました。 Schulaker 博士は、マサチューセッツ州ウィルミントンの半導体メーカーである Analog Devices と協力して、この技術のハイブリッド バージョンを商品化しています。

「ますます多くのシリコンを打ち負かすことはできないと思う」と彼は言った。 「彼は動く標的であり、彼のすることは本当に上手です。」

しかし、シリコンが原子の最前線に近づくにつれて、別のアプローチが再び有望に見えます。 スタンフォード大学のコンピューター科学者で、シリコン バレーのいくつかの企業の立ち上げを支援した Mark Horowitz 氏は、Sutherland 博士の超伝導エレクトロニクスへの情熱を否定するつもりはないと語った。

彼は、「歴史の流れを変えた人々は常に少し頭がおかしくなっていますが、時には彼らは正しいことに頭がおかしくなることもあります」と言いました。